1. ISTCGCAP
  2. Всі випуски
  3. Випуск 85, 2017
  4. Дослідження фрактальних та метричних властивостей зображень за даними вимірювань різномасштабних цифрових РЕМ-зображень тест-об’єкта

Дослідження фрактальних та метричних властивостей зображень за даними вимірювань різномасштабних цифрових РЕМ-зображень тест-об’єкта

ISTCGCAP.
2017;
Випуск 85, Номер 85
: 53-64
https://doi.org/10.23939/istcgcap2017.01.053
Надіслано: Травень 10, 2017
Автори:
  1. О. В. Тумська
  2. О. М. Іванчук
1
Національний університет “Львівська політехніка”
2
Національний університет “Львівська політехніка”

Мета. Метою цієї роботи є встановлення та дослідження фрактальних та метричних характеристик зображень, отриманих за допомогою растрових електронних мікроскопів (РЕМ). Методика. Дослідження ґрунтуються на опрацюванні даних вимірювань цифрових РЕМ-зображень тест-об’єкта, отриманих на чотирьох типах сучасних РЕМ у діапазоні збільшень від 1000х до 30000х (крат). Результати. Встановлено аналітичне співвідношення між фіксованим на шкалі приладу і “фрактальним” збільшенням (масштабом). Виконано розрахунок коефіцієнтів подібності Af та експоненціальних показників Df для фрактальних збільшень (масштабів) уздовж осей х та у для 4-х типів РЕМ. Отримано і наведено формули для розрахунку можливого діапазону збільшень зображень тест-об’єкта залежно від кроку тест-об’єкта, розміру піксела та масштабу. Отримані співвідношення для обчислення фрактальних масштабів дають змогу автоматично визначити дійсне збільшення (масштаб) РЕМ-зображень і разом з визначеними коефіцієнтами поліномів ефективно усувають їхні дисторсійні спотворення. Наукова новизна. Розроблена авторами методика отримання фрактальних та метричних характеристик РЕМ-зображень виконана вперше в Україні. Запропонована методика супроводжується на всіх її етапах авторським програмним забезпеченням і показала свою ефективність та доцільність. Практична значущість. Застосування цієї методики встановлення та врахування фрактальних і метричних характеристик цифрових РЕМ-зображень дає змогу з більшою точністю визначати дійсні значення збільшень (масштабів) цифрових РЕМ-зображень та величини їхніх геометричних спотворень. Врахування цих характеристик РЕМ-зображень дає змогу суттєво підвищити точність отримання просторових кількісних параметрів мікроповерхонь дослідних об’єктів, а, отже, покращити їхні експлуатаційні та економічні характеристики. Отримані характеристики можуть бути додатковими важ­ливими кількісними параметрами для виявлення особливостей цифрових РЕМ зображень.

 

 

растровий електронний мікроскоп (РЕМ)
тест-об’єкт
цифрове РЕМ-зображення
фрактальні та метричні властивості цифрових РЕМ-зображень
дійсні збільшення (масштаби);
геометричні спотворення цифрових РЕМ-зображень
  1. Анищенко В. С. Лекции по нелинейной динамике: Учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по спец. “Радиофизика и электроника” и “Физика” / В.С. Анищенко, Т. Е. Вадивасова. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2010. 322 с.
  2. Бобро Ю. Г. Принципы фрактальности в механике разрушения металлов / Ю. Г. Бобро, В. Н. Мельник, В. У. Волошин, А. В. Шостак // Изв. РАН. Металлы. – 1997. – № 2. – С. 119–122.
  3. Гонсалес Р. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB / Р. Гонсалес, Р. Вудс, С. Эддинс // М., “Техносфера”, 2006, - 616 с.
  4. Іванчук О. М. Структура та функції програмного комплексу «Dimicros» для опрацювання РЕМ-зображень на цифровій фотограмметричній станції / О. М. Іванчук, І. В. Хрупін
  5. Іванчук О. М. Дослідження точності визначення дійсних величин збільшення (масштабу) цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JCM-5000 (NeoScope) фірми JEOL // Геодезія, картографія і аерофотознімання. - Львів, 2012. Вип. 76. - С. 80-84.
  6. Іванчук О. М. Дослідження величин геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ DSM-960A (Carl Zeiss, Німеччина) та точності їх врахування / О. М. Іванчук, Т. Барфельс, Я. Гееґ, В. Геґєр // Геодезія, картографія і аерофотознімання. - Львів, 2013. Вип. 78. - С. 120-126.
  7. Іванчук О. Дослідження геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JCM-5000 (NeoScope) та їх апроксимація // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: гірничо-геологічна. – Донецьк, 2013. Вип. 1(18). - С. 91-97.
  8. Іванчук О. Дослідження похибок збільшення (масштабу) цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ-106І (Суми, Україна) за допомогою спеціальних тест-об’єктів /О. Іванчук, М. Чекайло // - С. 82-88.
  9. Іванчук О. Дослідження геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ-106 І (Суми, Україна) // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. - Львів, 2014. Вип. ІI(28). - С.74-77.
  10. Іванчук О. Особливості калібрування геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на різних РЕМ // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. - Львів, 2015. Вип. I(29). - С. 168-173.
  11. Іванчук О. Дослідження геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JSM-7100F (JEOL, Японія) та точність їх апроксимації // Геодезія, картографія і аерофотознімання. – Львів, 2015. Вип. 81. - С. 101-109.
  12. Іванчук О. Розроблення та дослідження технології автоматизації калібрування геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JCM-5000 (NeoScope) (JEOL, Японія) і їх врахування / О. Іванчук, О. Тумська // Геодезія, картографія і аерофотознімання. - Львів, 2016. Вип. 84. - С. 56-64.
  13. Іванчук О. Методика автоматизованого визначення координат центрів вузлів тест-об’єкта за його РЕМ-зображеннями з використанням засобів MatLab / О. Іванчук, О. Тумська // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. - Львів, 2017. Вип. I(33).- С. 158-165.
  14. Іванчук О. Порівняльний аналіз статистичних та скейлінгових характеристик РЕМ-зображень тест-об'єкта, отриманих на різних типах РЕМ / О. Іванчук, О. Тумська // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. - Львів, 2017. Вип. IІ(34).- С. 119-131.
  15. Костышин М. Т. Квантовая электроника / М. Т. Костышин, К. С. Мустафин // К.,-1982.-Вып. 23. - С. 29-33.
  16. Калантаров Е. И. Фотограмметрическая калибровка электронных микроскопов / Е. И. Калантаров, М. Ж. Сагындыкова // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. M.,-1983.-№4. - С.76-80.
  17. Мельник В. Н. Калибровка геометрических искажений РЭМ-снимков / В. Н. Мельник, В. Н. Соколов, О. М. Иванчук, О. В. Тумская, М. П. Шебатинов // Рук. деп. в ВИНИТИ. M.,-1984.-№528. -18 c.
  18. Мельник В. Н. Фрактальная и стереомет-рическая оценки РЭМ-изображений шероховатых поверхностей / В. Н. Мельник, В. Н. Соколов // Изв. РАН. Серия физическая. – 1993. – № 8. – С. 99–105.
  19. Мельник В. Н. Определение фрактальности поверхностей разрушения по данным РЭМ-стереоизмерений / В. Н. Мельник, Ю. Г. Бобро, А. В. Шостак, В. У. Волошин // Трение и износ. – 1996. – Т. 16, № 6. – С. 38–41.
  20. Мельник В. М. Методи кількісної характер-ристики мікроструктури ґрунту / В. М. Мельник, В. У. Волошин, Ф. П. Тарасюк, Ю. С. Бліндер // Вісн. Львів. держ. ун-ту. Серія географічна / Львів. держ. ун-т ім. Івана Франка; голов. ред. С. П. Позняк. – Л., 1999. – № 25. – С. 24–27.
  21. Мельник В. М. Растрово-електронна стереомікрофракторафія. Монографія / В. М. Мельник, А. В. Шостак // Луцьк: «Вежа», 2009. - 469 с.
  22. Потапов А. А. Новейшие методы обработки изображений / А. А. Потапов, Ю. В. Гуляев, С. А. Никитов, А. А. Пахомов, В. А. Герман. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с.
  23. Федер Е. Фракталы: Пер. с англ. / Е. Федер. -М.: Мир, 1991. - 254 с.
  24. Шостак А. В. Методи і моделі мікрофотограмметрії у прикладних наукових дослідженнях: автореф. дис… докт. техн. наук : 05.24.01 / Шостак Анна Володимирівна; Луцький нац. техн. університет. - Київ, 2012. - 28 с.
  25. Bovik Al. Handbook of Image and Video Processing. – Academic Press., A Harcourt Science and Technology Company, 2000. – 891 p.
  26. Boyde A. Photogrammetry and Scanning electron microscopy / A. Boyde, H. F. Ross // Photogrammetric Record.-1975.-Vol.8.-№46. -P. 408-457.
  27. Burkhardt R. Untersuchungen zur kalibrirung eines Elektronen mikroskopes // Mitt. geod. Inst. Techn. Univ. Graz.-1980.-№35.
  28. Cromley R. G. Digital Cartography. // Robert G. Cromley, 1992 by Prentice-Hall. 317 p.
  29. Ghosh S. K. Photogrammetric calibration of a scanning electron microscope // Photogrammetria.-1975.-V.31.-№31. - P. 91-114.
  30. Ghosh S. K. Scanning Electron Micrography and Photogrammetry / S. K. Ghosh, H. Nagaraja // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing.- 1976.-Vol.42.-№5. - P. 649-657.
  31. Howell P. A practical method for the correction of distortions in SEM photogrammetry // Proc. Of the Annual Scanning Electron Microscope Symposium. Chicago, Illinois.-1975. -P. 199-206.
  32. Mandelbrot B. The fractal geometry of nature. N. Y.: Freeman, 1983.- 469 p.
  33.  Richardson L. The Problem of Contiguity: An Appendix of Statistic of Deadly Quarrels. General Systems Year Book. -1961. – 6. - P. 139-187.